El nuevo color de la conectividad en el automóvil

Jim Bridgwater, Director, Global Product Marketing, Automotive Edge Processing, NXP Semiconductors

Las futuras soluciones de conectividad inalámbrica en el automóvil exigirán una solución de conectividad unificada y gestionada en una sola unidad de control electrónico (ECU).

Debido a la proliferación de subsistemas electrónicos en el automóvil, las arquitecturas aplicadas para su conectividad interna y externa están evolucionando con el fin de cubrir los cambiantes requisitos de fabricantes y usuarios finales.

Hasta hace relativamente poco, los subsistemas electrónicos en los automóviles se han basado principalmente en arquitecturas distribuidas planas. En este caso se recurre a ECU especializadas que desempeñan unas funciones determinadas, de modo que cada ECU tiene sus propios sensores y actuadores. Empiezan a surgir problemas con estas arquitecturas cuando se necesita actualizar el software en tantas ECU. El elevado número de ECU interconectadas (a veces más de 80) complica mucho la comprobación y la verificación de cada combinación posible de software.

Para resolver estas cuestiones, la industria de automoción está concentrando las funciones electrónicas en menos ECU de mayor tamaño, adoptando para ello arquitecturas de controlador del dominio en el que funciones similares se agrupan en un solo “dominio” o arquitecturas zonales cuyas funciones (incluidos sus sensores y actuadores) se agrupan por zonas dependiendo de su ubicación física en el vehículo, de modo que cada zona tiene su propio controlador zonal.

Dentro de esta tendencia, el cableado tradicional del automóvil se está sustituyendo por una red de alta velocidad, Ethernet para automoción. Una red de este tipo proporciona las capacidades de las redes TSN (Time Sensitive Networking) necesarias para que los ingenieros puedan diseñar redes en el automóvil con una latencia previsible y un ancho de banda garantizado.

Conectividad incontrolada

Vivimos en un mundo cada vez más conectado y los automóviles no son una excepción ya que su número de interfaces inalámbricas internas y externas crece enormemente. Hasta el año 2000, la única interfaz inalámbrica en el coche era un sintonizador de radio AM/FM. El primer kit manos libres Bluetooth para coche apareció en el mercado alrededor de 2001 y pronto fue seguido por una gran variedad de soluciones de conectividad inalámbrica cada vez más sofisticadas.

Las actuales soluciones de conectividad inalámbrica en automoción se suelen distribuir en varias ECU. En el caso, por ejemplo, del entretenimiento a bordo y en el puesto de conducción electrónico, puede haber Wi-Fi (para puntos de acceso), Bluetooth, DAB (Digital Audio Broadcasting), HD Radio y SiriusXM, por citar algunas de ellas.

Por lo que respecta a la carrocería y el confort, como asientos, puertas y ventanillas, encontramos Bluetooth y UWB (Ultra-Wideband) con NFC (Near-Field Communication) como tecnología de respaldo por si falla todo lo demás. Todas ellas se pueden utilizar en aplicaciones como el acceso inteligente al coche para detectar cuándo hay un teléfono móvil cerca y determinar dónde está para saber cuándo desbloquear las puertas.

Más recientemente, algunos fabricantes de automóviles y OEM han empezado a incorporar módems celulares (en la actualidad son 5G) para proporcionar conectividad en la nube y ofrecer soporte a aplicaciones telemáticas. También se ha empezado a añadir
Wi-Fi como interfaz externa (además de tener Wi-Fi como interfaz interna). La actual tendencia en los vehículos definidos por software, es decir, vehículos cuyas funciones se implementan principalmente a través de software, exige la posibilidad de actualizar el software del vehículo desde la nube y ello requiere una conectividad de alta velocidad. Si el vehículo está cerca de una red Wi-Fi, su velocidad será mayor que con una conexión celular. Los fabricantes están empezando a recurrir incluso a esta solución en una línea de producción en lugar de conectar un cable Ethernet.

Dado que se han añadido para ese propósito con el paso del tiempo, estas interfaces inalámbricas con el mundo exterior se suelen distribuir por todo el coche y esto crea algunos problemas, entre ellos de coexistencia de RF o de seguridad.

La ciberseguridad ahora se considera imprescindible. Todas las interfaces de conectividad inalámbrica ofrecen un medio para que el coche acceda a los datos del mundo exterior. Incluso sistemas de radiodifusión como DAB, HD Radio y la radio por satélite permiten que el usuario descargue imágenes y otros archivos que pueden estar infectados por malware (software malicioso). La solución ideal es que haya un solo punto de acceso al coche, lo cual permite controlar los datos y filtrarlos mediante un cortafuegos avanzado. Esta tecnología es prácticamente inviable con las arquitecturas existentes de conectividad distribuida.

Otra cuestión importante es que los diferentes vehículos son creados por diferentes equipos, cada uno de los cuales hace las cosas de una manera distinta. Como resultado de ello, cada vehículo nuevo es una nueva aventura por lo que se refiere a aspectos como la coexistencia de RF y garantizar los datos y la seguridad del sistema.

Control de la conectividad

Un modo de abordar los aspectos mencionados en la sección anterior consiste en que toda la conectividad inalámbrica del vehículo sea gestionada por un solo subsistema denominado Controlador de Dominio de Conectividad, como muestra la Figura 1.

Disponer de un único procesador de alto rendimiento que controle todas las interfaces inalámbricas permite que el sistema necesite un solo cortafuegos de última generación. Esto proporciona una protección constante y avanzada de la seguridad que se aplica a todo el tráfico que llega al vehículo.

Además de aportar ciberseguridad, un Controlador de Dominio de Conectividad ofrece otras muchas ventajas, como gestionar cualquier coexistencia de RF y garantizar la calidad de servicio (QoS) deseada para cada interfaz inalámbrica.

La conexión a la nube por medio de una conexión celular o de Wi-Fi, también facilita la descarga, verificar e instalar las últimas versiones de aplicaciones, drivers y software de seguridad.

El concepto de Controlador de Dominio de Conectividad encaja bien con la arquitectura de los vehículos modernos ya que proporciona una sola conexión a la red Ethernet del automóvil. Además, ofrece una solución escalable que puede ser implementada por diversos equipos de desarrollo que trabajen en las diferentes plataformas del vehículo.

El color de la conectividad en el automóvil es el naranja

GoldBox es una tarjeta integrada, compacta y altamente optimizada para aplicaciones de pasarelas orientadas a servicio (Service-Oriented Gateways, SoG), control de dominio, procesamiento, protección y seguridad de altas prestaciones en vehículos.

La GreenBox es ideal para desarrollo y demostraciones de aplicaciones integradas y aisladas en tiempo real de la dinámica del vehículo, gestión de la batería y de la energía, control del inversor del motor y conversión de potencia para arquitecturas centralizadas, tanto de dominio como zonales.

Por su parte, BlueBox es una plataforma de desarrollo que ofrece las prestaciones y la seguridad funcional que se necesitan para construir arquitecturas zonales y sistemas informáticos de alto rendimiento, analizar entornos de conducción, evaluar factores de riesgo y dirigir el comportamiento del coche en conducción autónoma.

NXP cree que los Controladores de Dominio de Conectividad son el futuro de la conectividad inalámbrica en el automóvil. Varios OEM ya están trabajando en sus propias soluciones propietarias, por lo que NXP decidió crear un diseño de referencia y una plataforma de desarrollo para ayudar a otros fabricantes, OEM y proveedores de Nivel 1.

NXP es un líder en el suministro de diseños de referencia y plataformas de desarrollo a la industria de automoción, como NXP GoldBox, NXP GreenBox y NXP BlueBox (ver recuadro).

NXP anunció recientemente su plataforma de desarrollo para Controlador de Dominio de Conectividad OrangeBox (Fig. 2). La OrangeBox es una plataforma completa de desarrollo que aporta una potente conectividad inalámbrica segura para el desarrollo de soluciones de automoción que cumplan los requisitos tanto del controlador de dominio como el zonal.

En el futuro, toda la conectividad inalámbrica del vehículo será gestionada por un subsistema Controlador de Dominio de Conectividad.

La OrangeBox incorpora el procesador de aplicaciones (AP) escalable i.MX 8XLite (AP), un coprocesador de seguridad S32K y la conectividad inalámbrica necesaria para implementar V2X, Wi-Fi, BLE, UWB y conectividad celular entre el vehículo y el mundo exterior de forma segura.

Una característica fundamental de la OrangeBox es su uso de componentes actualizables de tipo modular basados en interfaces estándar, por lo que es capaz de asumir cambios en los estándares y los requisitos. Por ejemplo, es compatible con la conectividad inalámbrica Wi-Fi 6 + BT y la conectividad celular 5G, y será compatible con Wi-Fi 7 + BT y 6G en el futuro.

NXP ofreció demostraciones de la OrangeBox en CES 2023 y estará a disposición de los desarrolladores en la primera mitad de 2023.

El Controlador de Dominio de Conectividad OrangeBox es una plataforma completa para el desarrollo de prototipos y casos de uso mediante el hardware y el software preintegrado de NXP.